CN111330187A - 一种多传感器融合的灭火系统及其灭火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多传感器融合的灭火系统，灭火系统中的检测感知模块、灭火子模块、语音引导模块和降温除尘模块均与中央控制模块通信连接；所述检测感知模块检测火情信号，并向所述中央控制模块发送所述火情信号；所述中央控制模块在接收到所述火情信号后，控制所述灭火子模块进行灭火；在灭火过程中，所述中央控制模块控制所述语音引导模块播放预设播报内容；在所述灭火子模块灭火后的一定时间后，所述中央控制模块控制所述降温除尘模块进行降温除尘。本发明提供的多传感器融合的灭火系统及其灭火方法，发现火情快而准、可无人化和智能化灭火、结构简单和成本低，在发生火灾后，能够对乘客进行智能语音引导，提供正确的路径指引。
Description
技术领域
本发明涉及消防技术领域，具体涉及一种多传感器融合的灭火系统及其灭火方法。
背景技术
狭窄密闭空间爆燃事件突发性强、预防性弱，且灾情严重、影响恶劣。一旦有突发事件发生，狭小密闭空间中的密集人群难以及时疏散，往往会造成巨大的人员和社会公共财产的损失，例如公交车、KTV、地铁站等人员密度极大的狭小密闭空间。目前上述场所的消防设施相对薄弱，判断灾情反应慢，且多采用水雾式或固定式灭火，灭火效果差；灭火后续处理系统也存在一定问题。
例如现有技术中公交车上消防系统的启动完全依赖司机判断，做不到完全的无人化和智能化，通常由于公共汽车上人员过于密集等情况使司机无法及时判断火情的发生，延迟了消防系统的启动；还有一些消防系统在长时间运营之后，可能出现电源接点松动、绝缘外皮破损老化等现象，很容易造成短路打火，从而引起火灾。另外由于目前的消防系统多采用固定式灭火方式，系统一旦启动，各处的喷嘴同时喷射灭火药剂，无法根据实际火灾情况进行具体位置的释放，是无差别的灭火方式，从而产生一定程度的浪费。因此亟需设计一种火灾发现快、处理快、见效快的消防灭火系统来解决上述狭窄密闭空间火灾爆燃面临的技术问题。
发明内容
为了至少解决上述技术问题之一，本发明的目的在于提供一种发现火情快而准、无人化和智能化灭火、结构简单和成本低的灭火(消防)系统；可进行快速灭火，火灾处理和见效快。同时该灭火系统能够在发生火灾后，对乘客进行智能语音引导，能够根据火焰的具体位置，提供正确的路径指引。
为了至少实现上述目的之一，本发明采用的技术方案为：
一种多传感器融合的灭火(消防)系统，包括中央控制模块、检测感知模块、灭火子模块、语音引导模块和降温除尘模块；所述检测感知模块、灭火子模块、语音引导模块和降温除尘模块均与所述中央控制模块通信连接；所述检测感知模块检测火情信号，并向所述中央控制模块发送所述火情信号；所述中央控制模块在接收到所述火情信号后，控制所述灭火子模块进行灭火；在灭火过程中，所述中央控制模块控制所述语音引导模块播放预设播报内容；在所述灭火子模块灭火后的一定时间后，所述中央控制模块控制所述降温除尘模块进行降温除尘。
进一步地，所述检测感知模块包括温度传感器和红外传感器；所述温度传感器和红外传感器组成双模传感器，共同检测所述火情信号。
进一步地，所述检测感知模块还包括烟雾报警器；所述烟雾报警器检测到烟气后，发出声光报警；所述温度传感器和/或红外传感器和/或烟雾报警器设置有多个，并按分布式布局进行安装布置。
进一步地，所述中央控制模块包括主控板，所述主控板上设置有主控芯片，惯性测量单元，存储器，通信接口和扩展接口。
进一步地，所述灭火子模块包括灭火装置和灭火弹，所述灭火弹装载在所述灭火装置中；所述灭火弹包括外壳和高效水系灭火剂；所述外壳为易碎材料制造的两个半球壳，所述两个半球壳组装后可形成球形密闭空间，所述球形密闭空间内填充有所述高效水系灭火剂。
进一步地，所述灭火装置还包括驱动机构，所述驱动机构被所述中央控制模块控制，可驱动所述灭火装置进行移动。
进一步地，所述语音引导模块包括警报器和扬声器；所述扬声器播放所述预设播报内容。
进一步地，所述预设播报内容是基于消防模拟装置对火灾中烟气的运动、温度和毒气浓度进行准确预测分析后，再通过智能紧急疏散逃生评估模拟装置分别模拟不同场景下的火源热释放温度模拟和烟气流动模拟，以及人群在所述灭火系统作用下应对灾情的反映情况综合所确定。
进一步地，所述降温除尘模块包括水箱，加压系统，软管和雾化喷头。
本发明还提供一种根据上述的灭火系统的灭火方法，当所述检测感知模块中的温度传感器和红外传感器综合判断检测到火情时，向所述中央控制模块反馈火情信号；烟雾传感器检测到烟气后发出声光报警；所述中央控制模块接受到所述火情信号后，控制所述灭火子模块中的驱动机构将所述灭火子模块中的灭火装置向指定位置进行移动；所述中央控制模块控制所述语音引导模块中的扬声器播放所述预设播报内容，通过语音提示指引人群往正确的方向移动；当所述灭火装置移动到所述指定位置后，所述灭火装置发射灭火弹进行灭火；当所述灭火装置灭火完成后的一定时间后，所述中央控制模块控制所述降温除尘模块中的加压系统将水箱中的水加压，加压后的水流经软管，通过经密集布置的雾化喷头形成细水雾进行喷洒；所述中央控制模块控制所述驱动机构，将所述灭火装置复位到初始位置。
本发明提供的灭火系统与现有技术相比，有益效果在于：
本发明的灭火系统采用多种传感器按分布式布局，实施无死角、无遗漏、交叉互补式的检测与监控，发现火情快而准；多传感器综合判断，避免火情误判情况的发生。
本发明灭火系统中的中央控制模块会根据火焰发生的位置，智能决策出最佳移动路径，对乘客进行智能语音引导，指引着乘客往正确的方向移动。
本发明灭火系统中的灭火子模块结构简单，成本低、机动性强、可以快速移动到指定位置，进行无人化和智能化的精准灭火，火灾处理和见效快。
本发明灭火系统中的降温除尘模块通过将高压水经喷头变成雾滴直径较小的细水雾，具有高效的冷却作用；在着火点周围产生足够的水蒸汽，降低燃烧物及其周围环境的温度，降低着火点处的氧含量，隔离辐射热；可避免该灭火系统进行灭火后造成的二次伤害。
总之，本发明提出了一种发现火情快而准、无人化和智能化灭火、结构简单和成本低的灭火系统及其灭火方法，其在消防领域中具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明提供的灭火系统的整体结构示意图；
图2是本发明中降温除尘模块的示意图。
其中，附图标记说明如下：
1水箱，2泵，3软管，4雾化喷头。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下，将通过具体实施例对本发明的灭火系统及其灭火方法作详细说明：
本实施例以狭窄密闭空间为公交车为例进行具体说明。如图1-2所示，本发明所述的灭火系统，包括中央控制模块、检测感知模块、灭火子模块、语音引导模块和降温除尘模块等子系统。
本发明灭火系统中的检测感知模块、灭火子模块、语音引导模块和降温除尘模块均与中央控制模块通信连接，通过中央控制模块控制其余各个模块，实现灭火系统进行无人化和智能化的灭火。
中央控制模块包括主控板，主控板上设置有主控芯片，惯性测量单元(IMU)，存储器，通信接口和扩展接口等，可满足灭火系统基本外设的需求。主控板还具有防反接和缓启动等多重保护功能。主控芯片优选STM32系列芯片，具体地可优选为具有高性能、低成本和低功耗的STM32F427IIH6芯片。中央控制模块采用本领域常见通信协议，优选为UART、I2C、SPI中通信协议之一。
检测感知模块包括红外传感器和温度传感器。上述每种传感器均设置有多个，并按分布式布局进行安装布置，可以实现无死角、无遗漏、交叉互补式的共同检测与监控，发现火情快而准，并可向中央控制模块提供着火位置及火焰大小等信号。红外传感器和温度传感器组成双模传感器；只有当红外传感器和温度传感器共同判断为有火情时，即双模传感器同时发出火情信号后，中央控制模块才会判断为有火情，才会立即启动后续处理流程。
由于外界环境有时会出现极度炎热现象，导致急剧升温，温度传感器可能因此产生误判，但由于采用了双模传感器进行共同监测，红外传感器不输出火情信号，中央控制模块不予启动，防止虚警、假警情况发生；另外当点火抽烟等可控性明火现象发生时，也可通过双模传感器的共同火情烈度判断，识别为假火灾。
所述检测感知模块还包括烟雾报警器，所述烟雾报警器优选为独立式光电感烟火灾探测报警器。同样所述烟雾报警器也设置有多个，并按分布式布局进行安装布置。所述烟雾报警器在检测到烟气和火焰后会发出清晰大音量声光报警，可起到辅助报警的作用，增强整体灭火系统的稳定性和准确性。
灭火子模块包括灭火装置和灭火弹，所述灭火弹装载在上述灭火装置中。灭火装置设置在公交车的车厢内顶部，灭火装置还包括驱动机构，驱动机构可被中央控制模块控制，驱动灭火装置进行移动。灭火弹包括外壳和填充在外壳内的高效水系灭火剂；所述外壳为采用易碎材料制造的两个半球壳，两个半球壳组装后可形成球形密闭空间，所述密闭空间用于存储上述高效水系灭火剂。当发生火灾时，中央控制模块会控制灭火装置向着火处发射灭火弹，灭火弹掉落到着火处后，发生碰撞外壳破碎，从而释放出其内的高效水系灭火剂，进行灭火。
语音引导模块包括扬声器。当火灾发生的时候，中央控制模块会根据传感器提供火焰发生的位置，智能决策出最佳移动路径，指引着乘客往正确的方向移动。
在火灾发生的紧急情况下，人群容易慌乱。由于人员的“非适应性行为”如奔逃、互相推挤、将别人撞倒和互相踩踏等而产生的相互拥挤而造成人员伤亡事件。本发明提供的语音引导模块能够引导着人群往正确的方向移动，会大大减少人员的“非适应性行为”。对突发情况下人群心理起积极引导作用，同时协助人群镇定应对突发情况，并安全迅速地撤离。当火焰发生在车厢前部(靠近前门位置)的时候，语音引导模块将播报“各位乘客，现在突发紧急情况，请所有人员向车厢后部移动，请所有人员向车厢后部移动，不要慌乱，从后门撤离”并不断重复播报，直到所有人离开车厢为止。
本发明中语音引导模块所提示的预设播报内容存储于中央控制模块中，中央控制模块根据火情位置选择不同的播报内容通过扬声器进行播报。预设播报内容是基于消防模拟装置对火灾中烟气的运动、温度和毒气浓度进行准确预测分析后，再通过智能紧急疏散逃生评估模拟装置分别模拟不同场景下，如火点发生在公交车前部、中部及后部的火灾情况，包括火源的热释放温度模拟、烟气流动模拟等参数以及人群在该灭火系统作用下应对灾情的反映情况综合所确定的。
降温除尘模块包括水箱1，加压系统，软管3和雾化喷头4等零部件。由于灭火子模块灭火时，会产生大量的烟尘，人群在视线模糊的情况下容易产生慌乱和推挤现象。因此在灭火子模块停止工作之后一定时间后，中央控制模块控制降温除尘模块立即启动。降温除尘模块中的加压系统将设置于车厢后部备有的独立水箱1中的水加压，加压后的水流经铺设在公交车顶部的软管3，经过密集布置的雾化喷头4形成细水雾向车厢内进行喷洒。可在短时间内，提高车厢内的可见度，降温除尘，便于人群在语音引导模块的提示下有序撤离，尽可能地保证了人群的安全。所述加压系统可以根据实际工况需要选择为本领域常用的泵2，对水进行加压。
细水雾的雾滴颗粒直径很小，一般小于200μm。同体积的水，其表面积是传统水喷淋系统的30倍以上，从而提高了热交换效率。而且，因其雾滴直径小，汽化时间短，且汽化率高，单位时间吸热量是传统水喷淋的几百万倍，具有高效的冷却作用。
细水雾喷入火场后，迅速蒸发形成蒸汽，其体积急剧膨胀1700倍以上，快速降低了氧气的体积百分比，并在燃烧物周围形成一道屏障，阻挡新鲜空气进入。随着细水雾的迅速蒸发汽化，水蒸汽含量迅速增大，同时氧含量在火源周围迅速降低至16％以下时，火焰将被窒息。而距离着火点0.5m以外的非燃烧区域，雾滴不汽化，空中氧气含量基本不变。同时细水雾在喷射时像一道水雾帘，在吸收燃烧物热量的同时，也阻碍了热量向四周进行辐射。
本发明提供的降温除尘模块借助水巨大的汽化潜能，通过将高压水经喷头变成雾滴直径较小的细水雾，可获得最大的热交换效率；同时在着火点周围产生足够的水蒸汽，降低燃烧物及其周围环境的温度，降低着火点处的氧含量，隔离辐射热，从而用最少量的水，在最短时间内，保证人体安全的同时有效防止火灾复燃。在该降温除尘模块作用下，可避免该灭火系统进行灭火后造成的二次伤害，使人员的安全保障得到进一步加强。
本发明所述的灭火系统的工作原理在于：
当检测感知模块中温度传感器及红外传感器综合判断检测到火情时，向中央控制模块反馈火点位置及火焰大小等火情信号；烟雾报警器检测到烟气后发出大音量声光报警。中央控制模块接受到检测感知模块的火情信号后，中央控制模块控制驱动机构，将灭火子模块中的灭火装置向着火点附近的指定位置进行移动。在中央控制模块控制驱动机构移动的同时，通过扬声器播报根据传感器反馈的火点位置及火焰大小等火情信号而确定的预设播报内容，即决策出最佳移动路径，指引着乘客往正确的方向移动。
当灭火装置移动到指定位置后，中央控制模块控制灭火装置发射灭火弹进行灭火。当灭火装置灭火完成的三秒后，中央控制模块控制降温除尘模块启动。降温除尘模块中的泵2将设置于车厢后部备有的水箱1中的水加压，加压后的高压水流经铺设在公交车顶部的软管3，经过密集布置的雾化喷头4形成细水雾向车厢内进行喷洒，进行降温除尘；中央控制模块控制驱动机构，将灭火子模块中的灭火装置复位到初始位置。
本发明提供的灭火系统及其灭火方法，还可应用于餐厅、会议室、KTV、地铁站、飞机场、高铁站等场所，可根据应用领域的实际情况和特点，进行相应参数和布局调整，应用于各种不同场合。
本发明提供的灭火系统与现有技术相比，有益效果在于：本发明的灭火系统采用多种传感器按分布式布局，实施无死角、无遗漏、交叉互补式的检测与监控，发现火情快而准；多传感器综合判断，避免火情误判情况的发生。
本发明灭火系统中的中央控制模块会根据火焰发生的位置，智能决策出最佳移动路径，对乘客进行智能语音引导，指引着乘客往正确的方向移动。
本发明灭火系统中的灭火子模块结构简单，成本低、机动性强、可以快速移动到指定位置，进行无人化和智能化的精准灭火，火灾处理和见效快。
本发明灭火系统中的降温除尘模块通过将高压水经喷头变成雾滴直径较小的细水雾，具有高效的冷却作用；在着火点周围产生足够的水蒸汽，降低燃烧物及其周围环境的温度，降低着火点处的氧含量，隔离辐射热；可避免该灭火系统进行灭火后造成的二次伤害。
总之，本发明提出了一种发现火情快而准、无人化和智能化灭火、结构简单和成本低的灭火系统及其灭火方法，其在消防领域中具有广泛的应用前景。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组件合。
Claims (10)
1.一种多传感器融合的灭火系统，其特征在于：包括中央控制模块、检测感知模块、灭火子模块、语音引导模块和降温除尘模块；所述检测感知模块、灭火子模块、语音引导模块和降温除尘模块均与所述中央控制模块通信连接；所述检测感知模块检测火情信号，并向所述中央控制模块发送所述火情信号；所述中央控制模块在接收到所述火情信号后，控制所述灭火子模块进行灭火；在灭火过程中，所述中央控制模块控制所述语音引导模块播放预设播报内容；在所述灭火子模块灭火后的一定时间后，所述中央控制模块控制所述降温除尘模块进行降温除尘。
2.根据权利要求1所述的灭火系统，其特征在于：所述检测感知模块包括温度传感器和红外传感器；所述温度传感器和红外传感器组成双模传感器，共同检测所述火情信号。
3.根据权利要求2所述的灭火系统，其特征在于：所述检测感知模块还包括烟雾报警器；所述烟雾报警器检测到烟气后，发出声光报警；所述温度传感器和/或红外传感器和/或烟雾报警器设置有多个，并按分布式布局进行安装布置。
4.根据权利要求1所述的灭火系统，其特征在于：所述中央控制模块包括主控板，所述主控板上设置有主控芯片，惯性测量单元，存储器，通信接口和扩展接口。
5.根据权利要求4所述的灭火系统，其特征在于：所述灭火子模块包括灭火装置和灭火弹，所述灭火弹装载在所述灭火装置中；所述灭火弹包括外壳和高效水系灭火剂；所述外壳为易碎材料制造的两个半球壳，所述两个半球壳组装后可形成球形密闭空间，所述球形密闭空间内填充有所述高效水系灭火剂。
6.根据权利要求5所述的灭火系统，其特征在于：所述灭火装置还包括驱动机构，所述驱动机构被所述中央控制模块控制，可驱动所述灭火装置进行移动。
7.根据权利要求1所述的灭火系统，其特征在于：所述语音引导模块包括扬声器；所述扬声器播放所述预设播报内容。
8.根据权利要求7所述的灭火系统，其特征在于：所述预设播报内容是基于消防模拟装置对火灾中烟气的运动、温度和毒气浓度进行准确预测分析后，再通过智能紧急疏散逃生评估模拟装置分别模拟不同场景下的火源热释放温度模拟和烟气流动模拟，以及人群在所述灭火系统作用下应对灾情的反映情况综合所确定。
9.根据权利要求1所述的灭火系统，其特征在于：所述降温除尘模块包括水箱，加压系统，软管和雾化喷头。
10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的灭火系统的灭火方法，其特征在于：当所述检测感知模块中的温度传感器和红外传感器综合判断检测到火情时，向所述中央控制模块反馈火情信号；烟雾传感器检测到烟气后发出声光报警；所述中央控制模块接受到所述火情信号后，控制所述灭火子模块中的驱动机构将所述灭火子模块中的灭火装置向指定位置进行移动；所述中央控制模块控制所述语音引导模块中的扬声器播放所述预设播报内容，通过语音提示指引人群往正确的方向移动；当所述灭火装置移动到所述指定位置后，所述灭火装置发射灭火弹进行灭火；当所述灭火装置灭火完成后的一定时间后，所述中央控制模块控制所述降温除尘模块中的加压系统将水箱中的水加压，加压后的水流经软管，通过经密集布置的雾化喷头形成细水雾进行喷洒；所述中央控制模块控制所述驱动机构，将所述灭火装置复位到初始位置。
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